一种羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法及应用

摘要

本发明公开了一种羧甲基纤维素钠‑聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：S1：取50g的聚硅酸加入烧杯中，再加入的蒸馏水稀释至1000ml，搅拌均匀，获得悬浮液A，备用；涉及化学化工及环保工程技术领域。该羧甲基纤维素钠‑聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法，通过采用微波辐射聚合工艺，微波能够促进聚合反应，而且反应体系升温快，能够显著缩短聚合时间，聚硅酸原料可为粉煤灰、工业水玻璃母液、赤泥、火山灰等废弃物，属于废物资源化再利用，本发明制备的羧甲基纤维素钠‑聚硅酸铝铁复合吸附剂具有聚合速度易控制、絮体密实、二次絮凝效果好、使用条件宽、药剂用量小、残留浓度低，同时SS、总磷和COD具有很高的去除效果。

说明书

技术领域

本发明涉及化学化工及环保工程技术领域，具体为一种羧甲基纤维素钠- 聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法及应用。

背景技术

铝盐絮凝剂和铁盐絮凝剂已被广泛应用，铝盐絮凝剂聚合速度易控制，絮凝效果明显，但是其沉降速度慢，絮体易碎；铁盐絮凝剂的絮体较为密实，沉降速度相对铝盐快，但存在聚合速度难控制，卷扫作用差，腐蚀性较强等缺，聚硅酸具有良好的絮凝性能，但聚硅酸不容易储存，电中和作用较弱，聚硅酸和金属离子复合后具有沉降速度快、絮体密实、再絮凝效果好、除磷效果好等众多优点，其中聚硅酸铝铁凝剂是一类新型无机高分子絮凝剂，具有电中和作用和吸附架桥作用，与传统铁盐和铝盐絮凝剂相比，混凝性能好，使用条件宽，药剂用量小，残留浓度低，同时聚硅酸絮凝剂的絮凝机理包含压缩双电层理论、吸附电中和、吸附架桥和网捕作用，在絮凝进程中多种作用协同发挥，聚硅酸铝铁具有优于其他絮凝剂的水处理能力。

目前聚硅酸铝铁凝剂的制备工艺逐渐成熟，但合成路线繁多，且这些产品的性格仍然有待提高，如：合成时间长、能耗高、保存时间短、再絮凝效果差等缺点。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法及应用，解决了目前聚硅酸铝铁凝剂的制备工艺，合成时间长、能耗高、保存时间短、再絮凝效果差的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法及应用，包括以下步骤：

S1：取50g的聚硅酸加入烧杯中，再加入的蒸馏水稀释至1000ml，搅拌均匀，获得悬浮液A，备用；

S2：在持续搅拌的条件，向悬浮液A中滴加10～35％的稀硫酸或1mol/L的 NaOH溶液，使悬浮液pH调节至1.5-3.5之间，然后将悬浮液A置于15-30℃水浴中在搅拌速度为20-50r/min下搅拌1～2h，再室温条件下活化放置12-24h，获得聚硅酸B，备用；

S3：取50mL质量分数为2％的羧甲基纤维束钠在温度为40～80℃、搅拌速度为20-50r/min的条件下活化40-80min，获得活化的羧甲基纤维束钠溶液 C，备用；

S4：在空烧杯中加入0.427mol/L的Al2(SO4)3·18H2O溶液1000mL和 0.854mol/L的FeCl3·6H2O水溶液250mL，混合均匀后得到溶液D；

S5：取100ml的聚硅酸B、5-10ml溶液C和80-120ml溶液D放入烧杯中，用蒸馏水稀释250ml，搅拌均匀；将烧杯放入微波炉中，在温度为40-60℃、搅拌速度为20-50r/min下反应1.5-3h，熟化放置24-36h，用乙醇和蒸馏水分别进行清洗；在60-80℃烘干得到的粉末便是羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂。

进一步地，所述S2中聚硅酸摩尔浓度为0.2-1.0mol/L之间。

进一步地，所述S4中Al/Fe摩尔比为4～1之间。

进一步地，所述S5中羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂的摩尔比为1.5～3.5之间；羧甲基纤维素钠的质量百分数为0.05～0.5％。

进一步地，所述S1中聚硅酸原料可为粉煤灰、工业水玻璃母液、赤泥、火山灰等废弃物。

(三)有益效果

本发明具有以下有益效果：

该羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法，通过采用微波辐射聚合工艺，微波能够促进聚合反应，而且反应体系升温快，能够显著缩短聚合时间，聚硅酸原料可为粉煤灰、工业水玻璃母液、赤泥、火山灰等废弃物，属于废物资源化再利用，符合国家的产业发展要求，通过本发明制备的羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂具有聚合速度易控制、絮体密实、二次絮凝效果好、使用条件宽、药剂用量小、残留浓度低，同时SS、总磷和COD 具有很高的去除效果。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

第一实施例

本发明实施例提供一种技术方案：一种羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法及应用，包括以下步骤：

S1：取50g的聚硅酸加入烧杯中，再加入的蒸馏水稀释至1000ml，搅拌均匀，获得悬浮液A，备用；

S2：在持续搅拌的条件，向悬浮液A中滴加10～35％的稀硫酸或1mol/L的NaOH溶液，使悬浮液pH调节至1.5-3.5之间，然后将悬浮液A置于15-30℃水浴中在搅拌速度为20-50r/min下搅拌1～2h，再室温条件下活化放置12-24h，获得聚硅酸B，备用；

S3：取50mL质量分数为2％的羧甲基纤维束钠在温度为40～80℃、搅拌速度为20-50r/min的条件下活化40-80min，获得活化的羧甲基纤维束钠溶液 C，备用；

S4：在空烧杯中加入0.427mol/L的Al2(SO4)3·18H2O溶液1000mL和 0.854mol/L的FeCl3·6H2O水溶液250mL，混合均匀后得到溶液D；

S5：取100ml的聚硅酸B、5-10ml溶液C和80-120ml溶液D放入烧杯中，用蒸馏水稀释250ml，搅拌均匀；将烧杯放入微波炉中，在温度为40-60℃、搅拌速度为20-50r/min下反应1.5-3h，熟化放置24-36h，用乙醇和蒸馏水分别进行清洗；在60-80℃烘干得到的粉末便是羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂。

所述S2中聚硅酸摩尔浓度为0.2-1.0mol/L之间。

所述S4中Al/Fe摩尔比为4～1之间。

所述S5中羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂的摩尔比为1.5～3.5 之间；羧甲基纤维素钠的质量百分数为0.05～0.5％。

所述S1中聚硅酸原料可为粉煤灰、工业水玻璃母液、赤泥、火山灰等废弃物。

第二实施例

本发明实施例提供一种技术方案：一种羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂的制备方法及应用，包括以下步骤：

S1：取50g的聚硅酸(PSA)加入烧杯中，再加入的蒸馏水稀释至1000ml，搅拌均匀，获得悬浮液A，聚硅酸(PSA)的摩尔比浓度为0.41mol/L；

S2：在持续搅拌的条件，向悬浮液A中滴加25％的稀硫酸，使悬浮液pH 调节至2.0之间，然后将悬浮液A置于15℃水浴中在搅拌速度为30r/min下搅拌2h，再室温条件下活化放置24h，获得聚硅酸B，备用；

S3：取50mL质量分数为2％的羧甲基纤维束钠在温度为50℃、搅拌速度为30r/min的条件下活化60min，获得活化的羧甲基纤维束钠溶液C，备用；

S4：在空烧杯中加入0.427mol/L的Al2(SO4)3·18H2O溶液750mL和 0.854mol/L的FeCl3·6H2O水溶液250mL，混合均匀后得到溶液D；

S5：取100ml的聚硅酸B、5ml溶液C和100ml溶液D放入烧杯中，用蒸馏水稀释250ml，搅拌均匀；将烧杯放入微波炉中，在温度为50℃、搅拌速度为40r/min下反应2h，熟化放置24h，用乙醇和蒸馏水分别进行清洗；在60℃烘干得到Al/Fe摩尔比为3、(Al+Fe)/Si摩尔比为2、羧甲基纤维素钠的质量百分数为0.04％的羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂。

第三实施例

S1：聚硅酸(PSA)的摩尔比浓度为0.41mol/L工业水玻璃母液1000ml，搅拌均匀，获得悬浮液A。

S2：在持续搅拌的条件，向悬浮液A中滴加35％的稀硫酸，使悬浮液pH 调节至2.0之间，然后将悬浮液A置于20℃水浴中在搅拌速度为40r/min下搅拌1.5h，再室温条件下活化放置32h，获得聚硅酸B，备用；

S3：取50mL质量分数为2％的羧甲基纤维束钠在温度为40℃、搅拌速度为40r/min的条件下活化60min，获得活化的羧甲基纤维束钠溶液C，备用；

S4：在空烧杯中加入0.427mol/L的Al2(SO4)3·18H2O溶液500mL和 0.854mol/L的FeCl3·6H2O水溶液250mL，混合均匀后得到溶液D；

S5：取100ml的聚硅酸B、20ml溶液C和120ml溶液D放入烧杯中，用蒸馏水稀释250ml，搅拌均匀；将烧杯放入微波炉中，在温度为50℃、搅拌速度为40r/min下反应2h，熟化放置24h，用乙醇和蒸馏水分别进行清洗；在60℃烘干得到Al/Fe摩尔比为2、(Al+Fe)/Si摩尔比为2.5、羧甲基纤维素钠的质量百分数位0.16％的羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂。

将本发明第二实施例和第三实施例的产物羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂、工业级PFS、工业级PAS(投加量均为40mg/L)用于城市污水厂深度处理的去除效率如下表：

将本发明第一实施例和第二实施例的产物羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂、工业级PFS、工业级PAS(投加量均为60mg/L)用于城市黑臭水体处理中的去除效率如下表：

从上表可以看出，本发明方法制备得到的羧甲基纤维素钠-聚硅酸铝铁复合吸附剂对于城市污水厂二次池出水和城市黑臭水体的COD、TP和SS的去除效率明显高于工业级PFS与工业级PAS的效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。